1 / 49

KCH/NANTM

KCH/NANTM. Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů, polymerní nanokompozity, využití NT. Obsah. Nanokompozity založené na jílových minerálech Interkaláty Pilarizace Nosiče nanočástic Polymerní nanokompozity Primární aplikace nanotechnologií Další aspekty nanotechnologií.

bree-simon
Télécharger la présentation

KCH/NANTM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. KCH/NANTM Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů, polymerní nanokompozity, využití NT

  2. Obsah • Nanokompozity založené na jílových minerálech • Interkaláty • Pilarizace • Nosiče nanočástic • Polymerní nanokompozity • Primární aplikace nanotechnologií • Další aspekty nanotechnologií

  3. Jílové nanokompozity

  4. Jílové nanokompozity - interkaláty • Umístění různých molekul do mezivrství • Organické molekuly • Polymery • Komplexní ionty • Modifikace struktury • Hostitelská struktura • Host • Cíle • Změna fyzikálních a chemických vlastností

  5. Jílové nanokompozity - interkaláty • Přírodní jílové minerály • Ca2+, Na+, K+, Mg2+ • Voda • Interkaláty • Komplexní molekuly hosta (iontovýměna) • Původní mezivrstevné kationy + polární neutrální molekuly hosta (ion-dipólová interakce) • Vlastnosti řízeny koncentrací a druhem hosta • Interkalační reakce • Laboratorní a vyšší teploty • Normální / zvýšený tlak • Mikrovlné pole

  6. Jílové nanokompozity - interkaláty • Především vznik organicko-anorganických kompozitů • Vývoj nových materiálů s předem danými vlastnostmi • Často interkalace polymery • Označení: Jílový nanokompozit • Různé typy nanokompozitů

  7. Jílové nanokompozity - interkaláty • Anorganické • Monoiontové formy • Kysele aktivované materiály • Komplexní kationy • Pilarizace

  8. Jílové nanokompozity - interkaláty • Anorganické • Katalyzátory • Porézní materiály • Sorbenty • Molekulová síta

  9. Jílové nanokompozity - interkaláty • Organické • Kationy • Tenzidy • Barviva • Polymery

  10. Jílové nanokompozity - interkaláty • Metody přípravy • In-situ polymerizace • Interkalace z roztoku • Interkalace tavením • Srážení polymeru a jílu • Delaminované struktury • Homogenní rozptyl jílu

  11. Jílové nanokompozity - interkaláty • Selektivní sorbenty a katalyzátory • Velké komplexní kationy • Selektivita řízena velikostí kationu • Nosiče opticky aktivních látek • Organizovaný uspořádaný 2D supramolekulární systém • Fotoluminiscence • Fotochromní systémy • Nelineární optické efekty • Řízení vlastností volbou páru host-hostitel

  12. Jílové nanokompozity - interkaláty • Nejčastější mechanismus • Kationtová výměna – anorganické a organické kationy • Vlastnosti JM ovlivňující aplikace • Čistota • Chemické složení • Velikost specifického povrchu • Kationtová výměnná kapacita • Hustota a rozložení náboje • Tloušťka vrstev JM < 1 nm

  13. Jílové nanokompozity - interkaláty • Hustota rozložení náboje • Uspořádání interkalátů

  14. Jílové nanokompozity - interkaláty • Organické barvy • Interkalace organických barviv • Mayská modř – indigo interkalované do palygorskitu nebo sepiolitu • Zkoumány optické vlastnosti barev v průběhu interkalace (fotokatalýza) • Použití různých druhů barviv • Kationtová • Porhyriny • Azosloučeniny

  15. Jílové nanokompozity - interkaláty • Organické barvy • Zvýšení stability organických barviv • Kov-organické komplexy • Přechodné kovy v mezivrství • Interkalace aromatických a dalších molekul • Použití i pro charakterizaci jílů • MB – povrchy, CEC • Povrchová kyselost/zásaditost • Fotosenzitivní vlastnosti • Rhodaminy – laserová technika

  16. Jílové nanokompozity – nosiče NČ • Nosiče nanočástic • Ag • ZnS, CdS • Magnetické • TiO2 • Velký povrch a porozita – i interkalace • Fotokatalýza • Magnetické nanokompozity • Antibakteriální materiály

  17. Polymerní nanokompozity

  18. Polymerní nanokompozity • Kompozit – materiál z více komponent • Kompozity s jíly • Polymerní matrice • Vkládání nanočástic na nanomateriálů do této matrice • Lepší účinek úpravy než u ostatních kompozitů • Zlepšení mechanických a tepelných vlastností kompozitů při malém obsahu jílu • Nárůst velikosti povrchu • Nové vlastnosti polymerů • Optické a mechanické

  19. Polymerní nanokompozity • Různé systémy pro kompozity s jíly • Vinylové polymery • Kondenzační polymery • Polyolefiny • Speciální polymery • Polypyroly, polyaromáty • Biodegradabilní polymery • Mechanické vlastnosti • Pevnost, tvrdost, pružnost, tepelná stabilita, snížená hořlavost

  20. Nanopolymerní struktury • Změna struktury samotných polymerů • Dendrimery • Soustavy molekulových kaskád • Vysoká uspořádanost

  21. Primární aplikace nanotechnologií • Houževnaté materiály • Odolné materiály • Ochranné vrstvy • Magnetické senzory • Katalyzátory

  22. Primární aplikace nanotechnologií • 3 základní aplikační oblasti • Nanorobotika (NEMS) • Samostatný vývoj a sebereprodukce • „hudba budoucnosti“ • Materiálové inženýrství • Nové materiály ovlivnění molekulární struktury • Letecký a vesmírný průmysl • Stavebnictví, medicína • Samoopravné materiály • Uhlíkatá vlákna • Molekulární nanotechnologie • Chemie + mechanika • Molekulární stroje – nanomotory, manipulátory • Biotechnologie

  23. Primární aplikace nanotechnologií Nanotechnologie v elektronice • Oblast počítačů a sítí • Vysokokapacitní záznamová média • Logické obvody • Telekomunikace • Vysokokapacitní akumulátory • Nanovrstvy • Palivové články • Snaha o snížení energetických ztrát

  24. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v elektronice • Nanosenzory • Vysoce citlivé • Kombinace s biotechnologiemi • Fyzikální chemické a biologické účely • Přírodní nanosenzory • Komunikace mezi organismy • Molekulární senzory – otáčení za sluncem • Umělé biosenzory • Malé, rychle reagující • Senzory virů či proteinů • Identifikace extrémně nízkých koncentrací • Detekce krevní glukózy • Nanotubulární uhlík

  25. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v elektronice • Nanotranzistory a čipy • Molekulární tranzistory • Nanotrubičky • Vysoká pracovní rychlost (frekvence) • Problémy se sériovou výrobou • Vývoj i na bázi Si

  26. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v elektronice • Spintronika • Manipulace se spinovými proudy • Spin – vnitřní moment hybnosti • Spin spjat s magnetismem • Magnetotronika • Vektor magnetického momentu elektronu je rovnoběžný se spinem • Spintronická zařízení – usměrnění toku elektřiny pomocí spinu

  27. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v elektronice • Spintronika • Orientace spinů v externím magnetickém poli • Změna elektrického odporu způsobená magnetickým polem • Vysokokapacitní pevné disky • 3 kategorie • Počítačové prvky na bázi kovů • Spin jako nosič informace • Manipulace se spiny – kvantové počítače

  28. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v materiálovém inženýrství • Povrchy s nanovrstvami • Zvýšená energetická účinnost • Lepší užitné vlastnosti • Delší životní cyklus • Antiadhezivní vrstvy • Vrstvy s nízkým nebo vysokým třením • Frikční materiály s extrémní tepelnou odolností

  29. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v materiálovém inženýrství • Vrstvy s nízkým koeficientem tření • Náhrada kuličkových ložisek kluznými • Vysoká spolehlivost • Porézní kovy + PTFE v nanodisperzi • Celková tloušťka vrstev v řádu mikronů • Nanostruktura

  30. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v materiálovém inženýrství • Materiály s velmi malým elektrickým odporem • 2x lepší vodivost než měď • Založeno na nanotrubičkách • Nanokompozitní materiály • Základní materiál vyztužený na nanočásticemi • Magnetické, optické a elektrické vlastnosti • Mechanické, tepelné, chemické a biologické vlastnosti • Polymerní nanokompozity • Vysoká tvarová a rozměrová stabilita

  31. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v materiálovém inženýrství • Tenké filmy/vrstvy • Ochranné filmy • Povrchová odolnost • Optické vlastnosti • Tvrdé filmy • Nanolitografie

  32. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v materiálovém inženýrství • Samoopravné/replikující materiály • Samo/sebereplikace • Inspirace v přírodě (např. brambor) • Foresight - nanotovárna • Samoopravné materiály na bázi polymerů • Dokáže se sám automaticky opravit • Samoopravné laky v automobilovém průmyslu • Povlaky z nanočástic

  33. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v materiálovém inženýrství • Samouspořádané materiály • Self-assembly • Samooprava materiálů • Skutečnost samouspořádání materiálů • Struktura materiálů • 3 základní pojmy • Brownian uspořádání – neuspořádaný pohyb molekul – afinity vazebných poloh • Interakce, kdy se složky spontánně uspořádavají • Proces jímž se systém s neživou chemickou stavbou stává živým biologickým systémem

  34. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v materiálovém inženýrství • Samouspořádané materiály • První impuls v přírodě (proteiny, DNA) • V současnosti • Slitiny • Plasty • Polovodiče • Vodíkové vazby, Van der Waalsovy síly, hydrofilní a hydrofobní interakce, dipólové interakce • Monovrstvy

  35. Primární aplikace nanotechnologií Aplikace v biomedicíně/nanomedicíně • Přesně kontrolované nanosytémy pro léčbu • Sledování, opravování, stavbu a kontrolu člověka na molekulové úrovni • Nanoroboti • Sebereplikace • Samooprava • Bioimplantáty - biokompatibilita • Cílená doprava léčiv • Desinfekce • Kontrastní látky • Hypertermie

  36. Primární aplikace nanotechnologií Elektromechanické systémy • MEMS • Kromě vrstevnatých struktur i mechanické části • 1 mikron – 1 mm • NEMS • Velikost pod 1 mikron • Top-down • Litografie • Bottom-up • Nanochemie

  37. Primární aplikace nanotechnologií Elektromechanické systémy • Aplikovatelnost • Mechanické oblasti • Informačně komunikační oblasti • Chemické a biologické oblasti

  38. Primární aplikace nanotechnologií MEMS • Akcelerometry • Tlakové, proudové a plynové senzory • Lineární a rotační členy • Převody, motory • Trysky • Čerpadla • Chemické senzory

  39. Primární aplikace nanotechnologií MEMS • BioMEMS – biočipy • Optická komunikační technika – WDM • Optické přepínače

  40. Primární aplikace nanotechnologií NEMS • Příprava oběma přístupy nanotechnologií • Nanozařízení • AFM hroty • Biologické motory (DNA) • Měření extrémně malých obsahů a sil

  41. Primární aplikace nanotechnologií Další aplikace • Vojenský průmysl • Textilní průmysl • NanoSonic – kovová pryž • NanoSilver prádlo • Nanospider – vlákna – Liberec

  42. Další aspekty nanotechnologií • Nanotechonologie neznamenají jen přínos, ale i rizika • Dopady výroby, využití, likvidace, dopravy • Sledování životního prostředí • Až paranoidní – velmi nízké koncentrace • Etické otázky • Politické otázky • Pronikání nanočástic buněčnými stěnami

  43. Další aspekty nanotechnologií Hrozba nanočástic • Nanočástice ve vzduchu, vodě, i půdě • Vliv nanostrukturních látek na životní prostředí • Rochester (NY, USA) • Potkani – zauhlení mozku při vdechování uhlíkatých nanočástic • 35 nm velké částice v čichovém laloku mozku • Nanočástice se nedostávaly z krve, ale přes čichový nerv

  44. Další aspekty nanotechnologií Hrozba nanočástic • Vodní živočichové • Perloočky • Vystavení fullerenům • Do 48 hodin poškození mozku podobné Alzheimerově chorobě • Toxické účinky velmi málo prozkoumané • Zplodiny dieselových motorů • 25 milionů těchto částic s každým nádechem • Nelze filtrovat • Prostup membránami

  45. Další aspekty nanotechnologií Zneužití nanočástic • Vojenské aplikace • Sebereplikace • Nanoroboti • Nové materiály – nové zbraně

  46. Další aspekty nanotechnologií Etické a sociální aspekty • Financování VaV • Interakce společnosti a technologického vývoje • Možnosti sledovat vývoj • Vývoj lidských postojů a potřeb – směrování inovací • Sociální aspekty • Zavedení nanotechonologií do společenského života • Zdraví, konkurence, rozvoj trhů • Pokusy o eliminaci vlivu na společenský život

  47. Další aspekty nanotechnologií Etické a sociální aspekty • Přepracování zákonů • Ochrana životního prostředí • Bezpečnost zaměstnanců • Kontrola výzkumu • Přepracování mezinárodních dohod

  48. Další aspekty nanotechnologií Financování nanotechnologií • V současnosti nedostatečné • Vývoj by mohl být rychlejší • Nedostatečná infrastruktura • Nedostatečný počet školících pracovišť • Nedostatečný transfer do aplikační sféry

  49. Pro dnešek vše 

More Related